Superplastik Formun Uygulamaları Havacılık ve Savunmada

Superplastik form (SPF), karmaşık, hafif ve yüksek güçlü metal bileşenlerinin üretimini sağlayan dönüştürücü bir üretim tekniği olarak ortaya çıktı. Başlangıçta 20. yüzyılın ortalarında, bu teknoloji, uzay ve savunma endüstrilerinde en etkili uygulamaları buldu, çünkü bu makale, yüksek maliyetli bir şekilde şekillendirme ve üretim verimliliğinin artırılmasına olanak sağlıyor.

Superplastik Form Nedir?

Superplastik form, yarının üzerinde ve kontrol edilen, düşük su geçirmez yüzeylere dayanan metal işleme sürecidir.Bu koşullar altında, malzeme aşırı yüksek basınçlı bir sıvı gibi davranır - en az 200'den fazla ve bazı durumlarda% 1000'e ulaşır - homologlarda incelenen bir miktar sıcaklık, 10'dan fazla mikrometreden daha iyi olur.

Süreç genellikle bir metal levha veya önformu süperplastik sıcaklık aralığına (örneğin, 900-950 °C'nin titanyum alaşımları için, 450-500 °C'nin alüminyum alaşımları için) ısıtmasını ve sonra gaz basıncına, genellikle plakaya uygun olarak, ısıtılmış bir yüzeye veya araçlara uygun olarak ayarlandığından emin bir şekilde sert bir şekilde sertleştirici bir şekilde baskıya maruz kalınmasını sağlar.

Anahtar Süreç Parametreleri

• [FONT:0]Temperature: [Dönetici: [Dönetici:0])Demokratın süperplastik aralığında tam olarak kontrol edilmelidir. Çok düşük ve malzeme süperplastik hale gelmeyecektir; çok yüksek ve tahıl büyümesi veya oxidasyon meydana gelebilir.
• [FONT=0]Strain Puanı:[Dönetici:[Dönetici:0))) Tipik olarak 10-3 ila 10-5 s-1. Yüksek fiyatlar neden cavitasyon veya başarısızlık; daha düşük fiyatlar aşırı döngü zamanlarına yol açar.
• [FONT:0)Grate Boyut: [DÜDÜT:1] Güzel, equiaxed tahıllar önemlidir.İklim sırasındaki büyüme büyük bir zorluk, gereksiz hızlı ısıtma protokolleri ve stabilize alaşım kimyagerler.
• [FONT:0)Gas Basınç: [Dönetici: 1) Kontrollü bir rampada uygulanan kontrollü bir rampada, maküladan kaçınmak için çok aşamalı baskı profilleri kullanır. Gelişmiş sistemler, kalın dağıtımını optimize etmek için çok aşamalı baskı profilleri kullanır.

Superplastik Formda Kullanılan Malzemeler

SPF'nin başarısı, süperplastik davranışları sergileyen alaşımların erişilebilirliğine bağlıdır. Havacılıkta en yaygın olarak üretilen malzemeler ve savunma dahil:

Alüminyum Metaller

Birçok alüminyum alaşımları özellikle SPF için gelişmiştir. En belirgin olan şey GÜNCÜŞE:0)AA5083) ve CFLT:5 (Al-Mg-Mn) otomotiv ve havacılık iç paneller için yaygın olarak kullanılır. daha yüksek güç sunar ve yapısal uygulamalarda kullanılır.

Titanyum Alaşımlar

Titanyum alaşımları, özellikle de www-B-B-D-4V[[Döneticileri) ile ilgili en ticari olarak, Havacılık ve savunmada SPF için en ticari olarak önemli olan Ti-6Al-4V 900-950 °C'nin üzerinde süperplastik davranış gösterir ve% 1000'den fazla elongasyon elde edebilir.(TD)TDDDd5XTDDDDDDDDDD 5,5'lik diğer titanyum alaşımları ve çelik çerçeveler.

NickelBased Superalloys

Nickel süperalloys such asurFLT:0)Inconel 718[[[DÜT:1) ve [[Dönetici:2)Waspaloy[Dönetici 3) yüksek sıcaklık ortamlarda kullanılan türbinler, yüksek ölçekli bileşenler ve plastikler genellikle 1000 °C'nin üzerinde sıcaklıklar gerektirir ve daha zorlu bir şekilde, bu alaşımlar olağanüstü güç ve oxidasyon direnci sağlar.

Magnezyum ve Diğer Metaller

Magnezyum alaşımları (örneğin, AZ31, ZK60) hafif uygulamalar için ilgi kazanıyor. Ek olarak, metalikler, alüminyum-matrix kompozitler ve hatta bazı çelikler araştırma aşamalarında SPF'de gösterildi.

SPF Süreci Adım-by-Step

Belirli diziler, geometri ve alaşım tarafından değişirken, tipik bir süperplastik form döngüsü aşağıdaki aşamaları içerir:

1. [FONT:0)Sheet Hazırlık: [Döntilmiş plaka stoklarından kesilir. Bir boron nitrit veya grafiksel yağ kullanımı için uygulanabilir.
2. [FONT:0) Oating:[Dönetici: [Dönetici: paslanmaz çelik veya nikel bazlı süperalloys) ve boş bir atmosferde süperplastik sıcaklık (argon veya vakum) kontrollü bir atmosferde ısıtılır.
3. [FONT:0]Deniz ve Basıncılık: [Dönder: 1) Boşluk, ölü yarılar arasında gerçekleştirilir, bir gaz geçirmez mühür oluşturur. Argon gazı kontrollü bir hızda tanıtıldı. Bir sırt basıncı, bir şekilde geri çekilmek için tam tersi tarafta uygulanabilir.
4. [FONT:0)Forming:[Dönetici: [Dönetici: [Dönetici: 0:0) Gaz basıncı, levhayı ölü boşluğuna doğrultmak için zorlaştırır.
5. [FONT:0)Cooling:[Dönetici:[Dönlendirmeden sonra, parça baskı altında tutulur, çünkü malzemenin yeniden kristalizasyon sıcaklığının altında kalır.
6. [FONT:0)Trimming ve Muayene: [Dönetici:[Dönetici:0)[Dönetici: x-ray) genellikle neden davet veya duvar kağıdı tespit etmek için yapılır.

Havacılıkta Uzay Uygulamaları

Havacılık endüstrisi 1970'lerden beri SPF teknolojisinin birincil sürücüsü olmuştur. düzinelerce damgalı ve perleli parçalara tek bir parçaya montaj süresini, ağırlığı ve maliyeti azaltır. Anahtar uygulamaları şunları içerir:

Fuselage ve Kanat Yapıları

Boeing, SPF forfenFLT:0'ın kullanımını öncüledi.[0] Paneller [DNTD4] ve daha sonra 777'e göre, büyük, içsel olarak sertleştirilmiş cilt panelleri bir parçada kuruldu.A380'in kanatlarını ve fuarlarını çalıştırıyor.[Dönderler ve sertleştiriciler, yüzde 15-20’ye kadar olan bir parçası, inşaatları inşa etmek için% 15-20'ye kadar yüzde 15-20'ye kadar olan bir titanyum bileşenidir.

Motor bileşenleri

Türbin motor üreticileri, GE90, Trent 1000 ve PW1100G motorlarını oluşturmak için SPF kullanıyor.Tek bir sayfadan karmaşık aero-shapeslar [blisks) ile bıçaklama diskleri üretmek ve aerodinamik verimliliği artırmak.

Heat Shields ve Termal Koruma

Uzay ve hipersonik araçlar aşırı ısı gradientlere dayanabilecek hafif ısı kalkanları gerektirir. SPF destekli titanyum kenarlar oluşturmak için kullanılır. daha yakın zamanda, boş boşluklar ile dolu olan ısı sistemi, SPF bilgilendirilmiş yapısal elementler kullanır).

Savunma Uygulamaları

Savunma uygulamaları yüksek güvenilirlik, uygulanabilirlik ve aşırı koşullar altında operasyonel performans talep eder. SPF hava, toprak ve deniz platformları arasında istihdam edilir:

Askeri Uçaklar

Havadaki SPF titanyum bileşenleri, kapı panelleri ve motor körü ciltleri dahil olmak üzere, F-22 Raptor, birkaç sıcak yapı parçası için SPF kullanıyor, hem termal direniş hem de radar kesitleri için gerekli olan karmaşık, sabitlenebilirlik için gerekli olan geometrileri de içeriyor.

Zırh ve Ballistic Protection

Hafif zırhlı araç ve personel, alüminyum tabanlı veya titanyum bazlı zırhlı zırh alaşımları tarafından üretilebilir. Süreç, araçla entegre edilen plakalar oluşturmakta ve tank yükseltmeleri ile entegre edilmiş plakalar oluşturabilir. Örnekler çatı panellerini içerir.

Füze ve Rocket Bileşenler

Yüksek performanslı füzeler, hem ince hem de güçlü olan kaplama yükleri ile ağırlıkları azaltmak için gereklidir.Freseps, fin Skins, hem de roket motor vakaları, titanyum veya Inconel'in yapımına göre, SPF'nin yapısal parçaları.In roket propulsion, SPF formları karmaşıktır.

Deniz Gemileri

Submarines ve yüzey gemileri, Hidrodinamikleri geliştirmek ve ağırlık azaltmak için SPF bileşenleri kullanıyor ve ağırlıkları azaltır. Titanyum oğlumar dome kapakları, pervane bıçakları adil ve hull geçiş bölümleri SPF kullanıyor. ABD Donanması'nın [[0Virginia-class denizaltı[Döntgen][/Döneticileri)[Dönemli olarak, deniz yapısının parçaları için SPF bilgilendirilmiş titanyum kullanıyor.

Superplastik Formun Avantajları

SPF, birçok yüksek değerli bileşen için lekesiz hale getiren faydaların bir kombinasyonunu sunar:

• [FONT:0)Near-net şekli üretimi: [Dönler: [Dönler: 1) Maddeler, malzeme atıklarını ve ikincil operasyonları azaltır.
• [FONT=0]Complex geometriler:[Dönder:[Dönder:) Undercuts, derin recesses, internal sertleştirme özellikleri ve değişken kalınlık profilleri tek bir formasyon işleminde elde edilebilir.
• [FONT:0]Weight azaltma:[Döneticileri bire konsolide ederek, taşıyıcılar ve eklemler ortadan kaldırılır, geleneksel kurula kıyasla% 30 toplu tasarruf edilir.
• [0]No ilkbahar geri dönüşü yok: [Dönemli ısınmış ısınmış ısınmış, süperplastik parçalar mükemmel bir şekilde ölü şekli korur, bahar tazminatını ortadan kaldırır.
• [FONT:0)Eksiyon yüzey bitirmek:[Dönetici:0) Süreç genellikle post-finishing gerektirmez düzgün yüzeyler üretir.
• [0]En iyi mekanik özellikler: [Dönetici: [Dönetici:0)) İyileştirilmiş mikro yapı ve kaynak yokluğu veya perle delikler yorgunluka dayanıklı parçalara neden olur.
• [FONT=0) Tasarım özgürlüğü:[Döneticiler, geleneksel formasyon kısıtlamaları ile sınırlı kalmadan aerodinamik veya zırh etkinliği için optimize edebilir.

Meydanlar ve Sınırlar

Avantajlarına rağmen, SPF dezavantajları olmadan değildir. Aşağıdaki faktörler yaygın kullanımını sınırlandırır:

• [FONT:0)Cycle zamanı:[[Dönetici: 0,4] Çünkü süreç yavaş sular gerektirir, döngü süreleri 30-120 dakika sürebilir, yüksek hacimli üretim için uygun olmayan SPF oluşturma (örneğin, otomotiv vücut panelleri).
• [FONT:0)Tooling maliyeti:[Dönetici:[Dönetici: 0,2) Dies yüksek sıcaklıklara ( 1000 °C'ye kadar) dayanmalıdır ve tekrarlanan termal bisiklet, pahalı nikel-süperest ya da seramik aracı gerektiren. Tooling hayatı genellikle birkaç bin döngü ile sınırlıdır.
• [FONT:0]Thickness varyasyonu:[Dönetici:[Dönetici:0)) Dikkatli baskı kontrolüne rağmen, duvar inceleme derin çizimlerde meydana gelebilir, kalın başlangıç boşlukları ve teorik olarak en iyi şekilde son parçalar gerektirir.
• [FONT:0)Maliyon sınırlamaları:[Döneticiler) Sadece bir alt alaşım sergi süperplastiklik sergiliyor ve yeni süperplastik notlar geliştirmek pahalı ve zaman alıcıları ek olarak, birçok süperplastik alaşım geleneksel meslektaşlarından daha pahalı.
• [FONT:0)Oxidation ve yüzey kirliliği: [DÜDÜT:1] Yüksek sıcaklıklarda, alüminyum ve titanyum form oksitler gibi alaşımlar, inert gaz kalkanı veya vakum tarafından kontrol edilemeyen takdirde yüzey kalitesini bozabilir.
• [FONT:0)Enerji tüketimi: [DÜT:1] Isıtma büyük ölüler ve genişletilmiş süreler için yüksek sıcaklıklar korumak, işletme maliyetlerini yükseltmek için önemli enerji girişi gerektirir.

Diğer Şekil Teknolojileri ile Karşılaştırma

SPF'nin üretim alanında yerini takdir etmek için, alternatif süreçlere kıyasla karşılaştırmak yardımcı olur:

Sıcak Şekil (örneğin, sıcak damga, sıcak ölü form)

Sıcak form yüksek sıcaklıklarda çalışır, ancak genellikle yeniden kristalizasyon sıcaklığının üzerinde, daha yüksek sular ile üretilen parçalar daha az hıza sahiptir ve SPF olarak aynı karmaşıklığa ulaşamaz. Ancak, döngü süreleri daha kısa ve araçlama, orta hacimler için daha az pahalı olabilir.

Isoterm Forging

Baskılar için bir faturayı yavaş hızlarda ısıtılmış bir şekilde basın. Ayrıca iyi huylu alaşımlar gerektirir ve karmaşık parçalar üretebilir. SPF ince duvarlar için daha uygundur, ancak iniş dişli translar gibi sert bileşenler için kullanılır.

Katkı İmalatı

Katkı üretimi (AM) SPF'den daha karmaşık geometriler üretebilir, hiçbir araç maliyeti olmadan. Ancak, AM parçaları genellikle porselenleri ortadan kaldırmak ve karşılaştırılabilir yorgunluk özelliklerini elde etmek için işlem gerektirir. büyük alanlar için (örneğin, fuselage panelleri), SPF daha ekonomik ve öngörülebilir kalır.

Konvansiyonel

Dövme basit şekiller için hızlı ve düşük maliyetlidir, ancak SPF'nin ilkbahardan muzdarip olduğu derin, karmaşık şekiller oluşturamaz ve birden fazla ölü gerektirir.Uzmanlık alaşımları için, damga sık sık sık sık sık çatlaklara yol açar.

Future Outlook ve Innovations

Superplastik formasyon geleceği, malzemeler bilimi, proses otomasyonu ve kombine üretim teknikleri ile bağlantılıdır. Birkaç trend sonraki nesil SPF'yi şekillendiriyor:

Yeni Alaşım Geliştirme

Araştırma, yüksek çözünürlükte alaşımlara süperplastikliği genişletmek için devam ediyor (örneğin, Ti-10V-2Fe-3Al, yeni Al-Mg-Sc alaşımları) ve gerekli formasyon ısısını azaltmak için. ) Düşük Sıcaklıklar[Düzükler veya ağır plastik deformasyon (örneğin, eşit kanala baskı) kullanarak.